Четверг, 08.12.2016, 03:06
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Техника. Технические науки

Трубы стальные обсадные и насосно-компрессорные для нефтяной и газовой промышленности. Методы испытаний резьбовых соединений. Часть 16

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16

Приложение I (справочное)

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕДУР ИСПЫТАНИЙ

I.1 Предпосылки (см. введение)

В настоящем стандарте отражена часть мер, принимаемых для обеспечения работоспособности и надежности соединений обсадных и насосно-компрессорных труб для нефтяной и газовой промышленности. Он разработан на базе рекомендованной методики [5] и методик испытаний, предложенных отдельными фирмами с участием ведущих заказчиков, изготовителей и консультантов по испытаниям. Настоящий стандарт обобщает многолетний мировой опыт испытания и аттестации соединений труб.

Валидация испытательных и предельных нагрузок для соединений имеет решающее значение при проектировании обсадных и насосно-компрессорных труб. Нагрузки на обсадные и насосно-компрессорные трубы включают внутреннее давление, внешнее давление, осевое растяжение, осевое сжатие, изгиб, кручение, поперечные силы и изменения температуры. Величина и комбинация этих нагрузок приводят к различным видам разрушения тела труб и их соединений. Хотя методика испытания тела труб и предельные нагрузки для них в целом хорошо проработаны, этого нельзя утверждать о соединениях труб. Виды разрушения и предельные нагрузки соединений отличаются от видов разрушения тела труб, а предельные нагрузки для них часто ниже, чем для тела труб, в связи с чем требуют экспериментальной проверки. Правильный проект обеспечивает соответствие испытаний, предельных нагрузок для соединений, самих соединений труб реальным условиям скважины и тем самым достижение требуемой достоверности.

Валидация испытательных и предельных нагрузок требует проведения испытаний при предельных значениях рабочих параметров. Испытание при предельных значениях рабочих параметров гарантирует, что все изделия, которые будут эксплуатироваться при этих параметрах, будут обладать не меньшей работоспособностью, чем изделия, которые подвергались испытаниям. Рабочие параметры резьбовых соединений включают предельные отклонения размеров, механические свойства, качество поверхности, момент свинчивания, тип и количество резьбовой смазки. Предельные отклонения размеров типовых соединений известны и рассматриваются в настоящем стандарте. В отношении менее известных соединений определение наименее благоприятных комбинаций предельных отклонений требует анализа конструкции.

Настоящее приложение содержит информацию о проектных данных, на основе которых разработан настоящий стандарт.

I.2 Регистрация и рассылка результатов испытаний (см. приложения D и E)

Результаты испытаний служат объективным свидетельством того, что соединения выдерживают комбинированные испытательные и предельные нагрузки. Изготовитель должен сохранять копии отчетов по испытаниям все время, пока соединения поставляются на рынок. Для более широкого распространения предназначен сводный отчет, а не полный отчет.

I.3 Общие требования к испытаниям (см. 5.1 и 5.2)

Данные о работоспособности соединения получают путем проведения испытаний. Установлены 4 класса испытаний, соответствующих возрастающей тяжести условий эксплуатации, чему соответствует рост требований, выражающийся в увеличении числа испытываемых параметров от простого циклического нагружения растяжением-сжатием и внутренним давлением до циклического нагружения внутренним и внешним давлениями, осевым растяжением-сжатием, изгибом и с включением термомеханических циклов.

Классы испытаний не включают все возможные варианты эксплуатационных условий. Так, не учтена возможность наличия агрессивной текучей среды, которая может оказывать влияние на работоспособность соединения. Если соединение выдержало испытания, то это означает, что оно соответствует заданному уровню применения. Если соединение не выдержало некоторые или все испытания, то это может потребовать пересмотра конструкции соединения или пересмотра испытательных или предельных нагрузок. В первом случае испытания необходимо повторить, а во втором случае необходимо повторять только те испытания, которые соединение не выдержало, до тех пор пока оно не будет соответствовать пересмотренной комбинации испытательных нагрузок.

I.4 Требования к калибровке (см. 5.4)

Калибровка показывает, что испытательное оборудование соответствует требованиям промышленности и что само это оборудование не оказывает влияния на результат испытаний.

I.5 Испытания для определения свойств материалов (см. 5.6)

Материал труб подвергают механическим испытаниям для определения предела текучести (по ИСО 11960 или ИСО 13680), что необходимо для расчета испытательных нагрузок и критериев приемки и является частью процесса валидации соединения. Образцы соединений и муфты должны прослеживаться до исходных труб с ограниченным интервалом значений предела текучести.

Необходимо учитывать пределы аттестации соединения в том случае, когда испытывают высокопрочные трубы в пределах определенной группы прочности. Необходимо также учитывать возможное влияние анизотропии механических свойств и остаточных напряжений в холоднодеформированных трубах из коррозионно-стойких сплавов (подробнее см. ИСО 11960). Испытание на осевое растяжение может оказаться недостаточным для правильной оценки свойств трубы.

I.6 Свинчивание и развинчивание (см. 5.7)

Свинчивание, развинчивание и резьбовая смазка, используемая при испытаниях, должны соответствовать обычной практике эксплуатации в полевых условиях.

Даже в том случае, когда трубы и соединения обладают эксплуатационными характеристиками, соответствующими их назначению, необходимо проверять их свинчиваемость ввиду ее большого значения для эксплуатации. Свинчивание соединения должно производиться по технологии, используемой в полевых условиях. По этой технологии для вращения обычно используют приводной трубный ключ или другое приспособление. Вращение можно контролировать с помощью методов в основном по крутящему моменту. Более сложное эксплуатационное оборудование позволяет измерять ряд параметров свинчивания соединения, например число оборотов, момент и (или) время.

I.7 Контроль утечек при внутреннем давлении (см. 5.8 и 5.9)

Требования к ограничению утечек при внутреннем давлении особенно важны для тех соединений, которые должны быть непроницаемыми для жидкой среды или газа. Приведены различные методы контроля утечек для соединений различного типа.

I.8 Сбор данных и методы испытаний (см. 5.11)

Правильная и адекватная регистрация данных имеет исключительно важное значение для реализации программы аттестации. Без адекватных записей невозможно представить объективное свидетельство аттестации соединения.

I.9 Термоциклические испытания (см. 5.12)

Цель этих испытаний - имитировать условия в скважине и ускорить возможное появление утечки путем термического циклического воздействия, когда на соединение действуют другие нагрузки, например осевое усилие, давление или изгиб.

I.10 Подготовка образцов (см. раздел 6)

Контроль и подготовка образцов имеют очень важное значение в связи с тем, что данный метод испытаний основан на оценке образцов с предельными отклонениями размеров и предельными значениями других свойств, а не на случайном отборе образцов. При этом оценивают работоспособность соединений с учетом размеров, механических свойств, момента свинчивания, вида и количества резьбовой смазки. Предельные отклонения продукции основаны на требуемых эксплуатационных характеристиках, возможностях и стоимости производства. Важно учитывать, что такая процедура испытаний сама по себе не может служить статистической основой для анализа рисков.

I.11 Процедуры испытаний (см. 5.3 и раздел 7)

Испытаниям подвергают наихудшие комбинации параметров соединений при воздействии эксплуатационных и предельных нагрузок для тела трубы или соединения (в зависимости от того, что меньше).

Приложение J (обязательное)

НЕЗАВИСИМЫЕ ИСПЫТАНИЯ УПЛОТНЕНИЙ В СОЕДИНЕНИЯХ С УПЛОТНЕНИЕМ МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛ И УПРУГИМ УПЛОТНЕНИЕМ

J.1 Общие положения

Согласно настоящему стандарту соединения с многоэлементными уплотнениями испытывают со всеми действующими уплотнениями без каких-либо отверстий или канавок для изоляции отдельных уплотнений. Однако некоторые заказчики могут потребовать индивидуальное испытание уплотнений для лучшей оценки эффективности отдельных уплотнений, оценки влияния упругого уплотнения на уплотнение металл-металл и т.п. Настоящее приложение посвящено этому вопросу.

Все другие требования настоящего стандарта применимы с исключениями, указанными в настоящем приложении.

J.2 Предельные отклонения размеров кольцевой канавки и уплотнительного кольца

J.2.1 Небольшое заполнение канавки обеспечивается применением следующих правил и предельных отклонений

Канавка для уплотнительного кольца (SRG)

Предельные отклонения

Максимальный диаметр SRG

Максимум + (без ограничения)/ - 0,025 мм

Максимальная ширина SRG

Максимум + (без ограничения)/ - 0,025 мм

Размещение - самое дальнее от торца раструбного элемента

Максимальное расстояние от торца раструбного элемента + (без ограничения)/ - (0,125 мм)

Уплотнительное кольцо

Предельные отклонения

Минимальный диаметр Do

Минимум + 0,025 мм/ - (без ограничения)

Минимальная ширина

Минимум + 0,025 мм/ - (без ограничения)

Минимальная толщина

Минимум + 0,025 мм/ - (без ограничения)

 

J.2.2 Большое заполнение по объему обеспечивается использованием следующих правил и предельных отклонений

Канавка для уплотнительного кольца (SRG)

Предельные отклонения

Минимальный диаметр SRG

Минимум + 0,025 мм / - без ограничения

Минимальная ширина SRG

Минимум + 0,025 мм / - без ограничения

Размещение - ближайшее к торцу раструбного элемента

Минимальное расстояние от торца раструбного элемента + 0,125 мм / - без ограничения

Уплотнительное кольцо

Предельные отклонения

Максимальный диаметр Do

Максимум + (без ограничения)/ - 0,025 мм

Максимальная ширина

Максимум + (без ограничения)/ - 0,025 мм

Максимальная толщина

Максимум + (без ограничения)/ - 0,025 мм

 

J.3 Процедура испытаний отдельных уплотнений (рисунок J.1)

1 - гибкое уплотнение; 2 - хомуты; 3 - трубка; 4 - герметизирующий материал; 5 - небольшой зазор для обеспечения высокой чувствительности к утечкам газа; 6 - отверстия для испытания внутреннего уплотнения, расположенного в кольцевой канавке на резьбе раструбного элемента или напротив последних витков резьбы ниппельного элемента

Примечание - Отверстия сверлят, нарезают в них резьбу и удаляют заусенцы перед окончательным свинчиванием соединения. В отверстия устанавливают штуцеры с использованием герметизирующего материала, например фторопласта, однако применение герметизирующего материала с некоторыми типами штуцеров не допускается.

Рисунок J.1 - Устройство для выявления утечек под действием внутреннего давления с отверстиями для испытания упругого уплотнения

 

J.3.1 Фронтальное отверстие

В соединениях, имеющих два отдельных уплотнения, в элементах A и B образца соединения перед окончательным свинчиванием просверливают по отверстию. Организация, проводящая испытания, должна проверить правильность расположения отверстий и их проходимость (отсутствие стружки, обломков сверла и т.п.), а также тщательность удаления заусенцев во избежание образования задиров.

J.3.2 Давление резьбовой смазки

Отверстия 6 (см. рисунок J.1) используются для контроля давления в резьбовой смазке во время окончательного свинчивания. Если во время свинчивания стабилизированное давление в резьбовой смазке превышает 3,5 МПа, то необходимо вновь приложить давление перед началом нагрева. Регистрируют давление в резьбовой смазке во время нагрева и последующего охлаждения. Если давление в конце нагрева и охлаждения превышает 3,5 МПа, то следует зарегистрировать измеренное давление и вновь приложить его в начале и в конце всех последующих испытаний данного образца соединения.

J.4 Испытания на свинчивание-развинчивание

Испытания проводят, как описано в 7.2.

Для каждого свинчивания необходимо использовать новое уплотнительное кольцо. Во время свинчивания-развинчивания размеры уплотнительного кольца должны соответствовать максимальному объемному заполнению. При свинчивании перед испытаниями размер уплотнительного кольца должен соответствовать J.5.1.

J.5 Матрица испытаний

J.5.1 Матрица испытаний (см. рисунок J.2)

Матрица испытаний показана на рисунке J.2.

Примечание - Рисунок J.2 точно повторяет рисунок 1, за исключением того, что в кольцевую канавку установлено уплотнительное кольцо и уплотнение металл-металл испытывают до испытания упругого уплотнения.

--------------------------------

<a> Для уровня CAL III образцы 7 и 8 не используют.

<b> Относится только к CAL II, CAL III и CAL IV. Условия свинчивания-развинчивания для CAL I см. в таблицах 5 и 6.

<c> Образцы CAL II подвергают испытаниям только серии A и серии B (см. таблицу 1).

<d> Образцы CAL I не подвергают испытаниям серии C (см. таблицу 1).

<e> Испытание RRG на образцах 2 и 3 для CAL I не требуются. Образец 2 испытывают только на MU. Образец 3 испытывают только на MBG.

Рисунок J.2 - Уровни применения соединений с упругим уплотнительным кольцом

Примечание - На рисунке использованы следующие сокращения и обозначения:

PSBF - малая конусность резьбы ниппельного элемента и большая конусность резьбы раструбного элемента

PFBS - большая конусность резьбы ниппельного элемента и малая конусность резьбы раструбного элемента

NOM-NOM - номинальная конусность резьбы ниппельного элемента и номинальная конусность резьбы раструбного элемента

H-L - высокий натяг по резьбе - низкий натяг по уплотнению

L-L - низкий натяг по резьбе - низкий натяг по уплотнению

H-H - высокий натяг по резьбе - высокий натяг по уплотнению

L-H - низкий натяг по резьбе - высокий натяг по уплотнению

MU - свинчивание

MBG - испытание на заедание при свинчивании-развинчивании

RRG - "круговое" испытание на заедание при свинчивании-развинчивании

FMU - окончательное свинчивание

(A) - элемент соединения A

(B) - элемент соединения B

H/L - большое количество смазки и низкий крутящий момент

H/H - большое количество смазки и высокий крутящий момент

L/H - малое количество смазки и высокий крутящий момент

T/C pi/po - растяжение, сжатие, внутреннее давление и внешнее давление

T/C pi/wB - растяжение, сжатие, внутреннее давление и изгиб

pih + T до F - высокое внутреннее давление с растяжением, возрастающим до разрушения

C + po до F - сжатие с внешним давлением, возрастающим до разрушения

T до F - растяжение до разрушения

po + C до F - внешнее давление со сжатием, возрастающим до разрушения

T + pi до F - растяжение с внутренним давлением, возрастающим до разрушения

pi + C до F - внутреннее давление со сжатием, возрастающим до разрушения

po до F - внешнее давление, возрастающее до разрушения

pil + T до F - низкое внутреннее давление с растяжением, возрастающим до разрушения.

Рисунок J.2, лист 2

J.5.2 Требования к испытаниям

Процедура испытаний:

a) уплотнение металл-металл и упругое уплотнение испытывают независимо друг от друга на устойчивость к внутреннему давлению и совместно на устойчивость к внешнему давлению, как установлено в настоящем стандарте;

b) если появилась утечка через уплотнительное кольцо, необходимо провести испытание для определения уровня устойчивости к давлению этого упругого уплотнения. Этот уровень может отличаться от уровня устойчивости к давлению уплотнения металл-металл;

c) на рисунке J.3 приведена альтернативная последовательность испытаний. Можно также проводить испытания серии C после окончания всех испытаний серий A и B.

1 - варианты изменения нагрузок; 2 -  = одна выдержка продолжительностью 60 мин в каждом квадранте

 

Варианты 6 и 7 относятся только к серии C (термические циклы) и на рисунке не показаны.

Рисунок J.3 - Альтернативная последовательность испытаний соединения с уплотнением металл-металл (MTM) и упругим уплотнением (RS)

J.5.3 Проведение испытаний серии A

J.5.3.1 Выдержки продолжительностью 60 мин

Во время первого и последнего испытаний под давлением в каждом квадранте VME необходима выдержка продолжительностью 60 мин. Точками выдержки обычно являются точки 2, 6, 11 и 13 на рисунках 13 и 14.

Поскольку уплотнение металл-металл и упругое уплотнение испытывают отдельно в квадрантах I и II эти точки относятся к испытаниям как уплотнения металл-металл, так и упругого уплотнения.

J.5.3.2 Внешнее давление

Испытания серии A в квадрантах III и IV проводят в камере внешнего давления при заглушенных отверстиях 6 согласно рисунку J.1. Испытания внешним давлением проводят с водой.

J.5.4 Проведение испытаний серии B

Во время первого испытания против часовой стрелки и последнего испытания против часовой стрелки в квадрантах I и II необходима выдержка продолжительностью 60 мин. Точками выдержки обычно являются точки 2 и 6 (2B и 6B при наличии изгиба), как показано на рисунках 15, 16 и 17. Поскольку уплотнение металл-металл и упругое уплотнение испытывают отдельно, эти точки относятся к испытаниям как уплотнения металл-металл, так и упругого уплотнения.

J.5.5 Проведение испытаний серии C

Идея заключается в проведении выдержки 60 мин в ключевых точках испытаний серии C (термическими циклами). Обычно это последняя точка выдержки под давлением и при повышенной температуре горячих циклов и последняя точка выдержки под давлением и при комнатной температуре холодных циклов.

Приложение ДА (справочное)

СВЕДЕНИЯ О СООТВЕТСТВИИ ССЫЛОЧНЫХ МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ НАЦИОНАЛЬНЫМ СТАНДАРТАМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (И ДЕЙСТВУЮЩИМ В ЭТОМ КАЧЕСТВЕ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫМ СТАНДАРТАМ)

Таблица ДА.1

Обозначение ссылочного международного стандарта

Степень соответствия

Обозначение и наименование соответствующего национального, межгосударственного стандарта

ИСО 3183

IDT

ГОСТ ISO 3183-2015 "Трубы стальные для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия"

API Spec 5L

ИСО/ТО 10400

MOD

ГОСТ Р 54918-2012 "Трубы обсадные, насосно-компрессорные, бурильные и трубы для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Формулы и расчет свойств"

API TR 5C3

ИСО 11960

MOD

ГОСТ 31446-2012 "Трубы стальные, применяемые в качестве обсадных или насосно-компрессорных труб для скважин в нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия"

ИСО 13678

IDT

ГОСТ Р ИСО 13678-2015 "Трубы обсадные, насосно-компрессорные, трубопроводные и элементы бурильных колонн, для нефтяной и газовой промышленности. Оценка и испытание резьбовых смазок"

ИСО 13680

IDT

ГОСТ Р ИСО 13680-2011 "Трубы бесшовные обсадные, насосно-компрессорные и трубные заготовки для муфт из коррозионно-стойких высоколегированных сталей и сплавов для нефтяной и газовой промышленности. Технические условия"

API Spec 5B

NEQ

ГОСТ Р 51906-2015 "Соединения резьбовые обсадных, насосно-компрессорных труб, труб для трубопроводов и резьбовые калибры для них. Общие технические требования"

ИСО 10422

-

<*>

API Bull 5C3

-

<*>

<*> Соответствующий национальный стандарт отсутствует. До его утверждения рекомендуется использовать перевод на русский язык данного стандарта. Перевод на русский язык данного стандарта находится в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.

 

Примечание - В настоящей таблице использованы следующие условные обозначения степени соответствия стандартов:

- IDT - идентичные стандарты;

- MOD - модифицированные стандарты;

- NEQ - неэквивалентный стандарт.

 

БИБЛИОГРАФИЯ

[1]

ISO/IEC Guide 22:1996, General criteria for supplier's declaration of conformity (ISO/IEC Руководство 22:1996, Оформление поставщиком декларации о соответствии. Общие критерии)

[2]

Popov, E.P. Introduction to Mechanics of Solids, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1968 (Попов Е.П. Введение в механику твердого тела, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1968)

[3]

Burr, Arthur H. Elsevier Science Publishing Company, New York, (1981) (Механический анализ и проектирование, стр. 274, рисунок 7.19)

[4]

ASTM A370, Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products (ASTM A370, Механические испытания стальных изделий. Стандартные методы и определения)

[5]

API RP 5C5, Recommended practice for evaluation procedures for casing and tubing connections (API RP 5C5, Процедуры оценки соединений обсадных и насосно-компрессорных труб. Рекомендуемая практика)

[6]

API Spec 5CT, Specification for casing and tubing (API Spec 5CT, Обсадные и насосно-компрессорные трубы. Технические условия)

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16 

Категория: Техника. Технические науки | Добавил: x5443 (04.10.2016)
Просмотров: 37 | Теги: трубы | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016